過程控制課程設(shè)計匯本

1、第一章.供暖鍋爐現(xiàn)狀現(xiàn)有的供暖鍋爐由蒸汽鍋爐改造而成的常壓熱水鍋爐，常壓鍋爐使用 平安，對原材料的要求比蒸汽鍋爐低，無需控制蒸汽壓力，控制精度要求 相對要低。目前國外對蒸汽鍋爐控制的研究己經(jīng)比擬成熟，鍋爐控制數(shù)學(xué) 模型根本定型，而供暖鍋爐控制相對簡單，對其研究不夠重視。本文以火 力發(fā)電廠蒸汽鍋爐的控制模型為參考，提出供暖鍋爐的控制模型。供暖鍋爐控制系統(tǒng)屬于過程控制系統(tǒng)，其控制的目標(biāo)是控制鍋爐燃燒 過程中的出水溫度、回水溫度、出水壓力、回水壓力、爐膛負(fù)壓等參數(shù)， 使鍋爐燃燒工況良好，保證設(shè)備運行平安，滿足用戶的供熱要求。在供暖期間，系統(tǒng)根據(jù)室外溫度的變化分時段控制鍋爐的出水溫度和 系統(tǒng)回水溫度。

2、在室外溫度較低的時段，出水溫度的設(shè)定值較低，在室外 溫度較高的時段，出水溫度的設(shè)定值較高，進而調(diào)節(jié)出水供熱量。在某一 時段，那么通過調(diào)節(jié)熱水循環(huán)流量對出水供熱量進展微調(diào)。鍋爐出水溫度的調(diào)節(jié)主要靠燃燒控制系統(tǒng)來實現(xiàn)，而系統(tǒng)回水溫度的 調(diào)節(jié)主要靠熱水循環(huán)流量來調(diào)節(jié)，出水壓力和回水壓力的大小由循環(huán)泵和 補水泵的狀態(tài)來決定。調(diào)節(jié)溫度和壓力等參數(shù)時，采用偏差控制和PID控制相結(jié)合的控制方式。偏差控制方式應(yīng)用于系統(tǒng)的開關(guān)量輸出，PID控制方式應(yīng)用于系統(tǒng)的模擬量輸出。第二章控制方式選擇1偏差控制方式偏差控制是指當(dāng)熱工參數(shù)實際采集值與用戶設(shè)定值之間存在偏差時, 系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)某些量來減小偏差，直至實際采集值等于

3、用戶設(shè)定值為止。 但這只是一種理想設(shè)計，在實際應(yīng)用中，由于系統(tǒng)誤差的存在，實際采集 值不可能等于用戶設(shè)定值。因此，引入“回差的概念，即給用戶設(shè)定值一個可以承受的圍，在此圍都可認(rèn)為到達(dá)系統(tǒng)設(shè)定值。例如鍋爐的出水溫度設(shè)定值為TO,溫控回差為h,那么當(dāng)出水溫度T滿足式3-1時即可。1)(32PID控制方式.PID 控制器根本概念PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量 來進展控制。當(dāng)被控對象的構(gòu)造和參數(shù)不能完全掌握，或得不到準(zhǔn)確的數(shù) 學(xué)模型時、控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的構(gòu)造和參數(shù)必須依靠經(jīng)歷和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一

4、個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系 統(tǒng)參數(shù)時，最適合采用PID控制技術(shù)。1比例P控制比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號 成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差Steady-stateerror。2積分I控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對 一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，那么稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)System with Steady-state Error。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項'。積分項對 誤差的運算取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。

5、這樣， 即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出 增大，使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因此，采用比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。3.微分D控制在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分即誤差的變化 率成正比關(guān)系。自動控制系統(tǒng)在克制誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大的慣性組件環(huán)節(jié)或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的方法 是使抑制誤差的作用的變化“超前"，即在誤差接近零時，抑制誤差的作 用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例項往往是不夠的， 比例項

6、的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項，它 能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而防止被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所 以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。偏差控制只能輸出開關(guān)量信號，對于連續(xù)調(diào)節(jié)的設(shè)備，那么需要過程 控制系統(tǒng)中最常用的控制規(guī)律一一PID控制方式PID控制，即按偏差的比例(P)、積分(I)、微分(D)控制，是控制系 統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種控制規(guī)律。實際運行的經(jīng)歷和理論的分析都說 明，運用這種控制規(guī)律對許多工業(yè)過程進展控制時，都能得到滿意的結(jié)果。PID調(diào)節(jié)器既

7、能消除靜差，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性，又能加快過渡過程，提 高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，是一種比擬完善的調(diào)節(jié)規(guī)律，主 要應(yīng)用于溫度控制和壓力控制等過程控制系統(tǒng)中，以克制時間響應(yīng)滯后，得到較好的控制指標(biāo)。,PID控制器的根本形式PID控制分兩種根本形式，即模擬PID控制器和數(shù)字PID控制器如圖3-1所示，理想控制規(guī)律為啲恥)詩止(腳譏讐1其中，KP為比例增益，與比例帶 S成倒數(shù)關(guān)系，即、l、,TI為積分 時間常數(shù)，TD為微分時間常數(shù)，u(t)為控制量，e(t)為偏差。比例控制能迅速反響誤差，從而減小誤差，但比例控制不能消除 靜態(tài)誤差，KP過大，可能會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定：積分控制的作用是，只要系統(tǒng)

8、存在誤差，積分控制作用就不斷地積累，輸出控制量以消除靜態(tài)誤差，因而，只要有足夠的時間積分作用將能完全消除誤差，但調(diào)節(jié)動作緩慢；微分控制加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，減少調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài) 特性。在計算機控制系統(tǒng)中，PID控制規(guī)律的實現(xiàn)必須用數(shù)值逼近的方法。當(dāng)采樣周期足夠短時，用求和代替積分，使模擬PID離散化變?yōu)椴罘址匠蹋?如式3-3所示(切t) -1)+- 2e(A -1) +- 2) (3-4)其申K,怖為比例潛益；- K,稱為積分系數(shù)I以上是PID控制的理論控制方程，但在實際應(yīng)用中，要根據(jù)控制系 統(tǒng)的特點，做適當(dāng)?shù)母牧肌?PID控制器的改良計算機控制是一種比擬準(zhǔn)確的控制方式，只要系統(tǒng)

9、偏差存在且大于傳感器的精度圍，一計算機就不斷進展控制量增量的計算，并輸出相應(yīng) 的控制信號給執(zhí)行機構(gòu)，改變執(zhí)行機構(gòu)的狀態(tài)，這樣容易產(chǎn)生某些動作過 于頻繁而引起振蕩。為防止控制動作過于頻繁以消除振蕩，在實際工程應(yīng)用中，通常在PID控制系統(tǒng)中增加一個死區(qū)環(huán)節(jié)，如圖3-2所示，相應(yīng)的算式為其中&為人為設(shè)定的一個死區(qū)，是一個可調(diào)參數(shù)，其具體數(shù)值可根據(jù) 實際控制對象由試驗確定。&太小，使調(diào)節(jié)過于頻繁，達(dá)不到穩(wěn)定控制量 的目的；&太大，那么系統(tǒng)將產(chǎn)生較大的滯后。在鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)中， 為防止風(fēng)機和爐排轉(zhuǎn)速頻繁地改變，可適當(dāng)?shù)貫槌鏊疁囟仍O(shè)定一個死區(qū)， 如土 1 C。在鍋爐控制系統(tǒng)中，

10、當(dāng)啟動 /停頓電機或大幅度改變溫度、壓力等設(shè) 定值時，由于短時間產(chǎn)生很大的偏差，往往會產(chǎn)生嚴(yán)重的積分飽和現(xiàn)象， 以致造成很大的超調(diào)和長時間的振蕩。為克制這個缺點，可采用積分別離 的方法，即偏差e(k)較大時，取消積分作用；當(dāng)偏差e(k)較小時才將積分 作用投入。亦即當(dāng)當(dāng)泌町|0葉，渥用PD掾割：當(dāng)leUW"時爲(wèi)用F1D控制衛(wèi)積分別離閥值刀應(yīng)根據(jù)具體對象及控制要求確定。例如出水溫度的控 制，可以選定盧為 5C或10C等，依據(jù)控制精度要求而定。綜上所述，鍋爐控制系統(tǒng)中燃燒控制和水泵控制所采用的PID控制方式，作出死區(qū)設(shè)定和積分別離兩項改良措施，以到達(dá)穩(wěn)定控制溫度和 壓力等信號的目的。3,

11、經(jīng)歷湊試法整定PID參數(shù)PID控制器參數(shù)整定主要整定比例系數(shù)KP、積分時間界和微分時間幾等參數(shù)。增大比例系數(shù)Ko 一般會加快系統(tǒng)的響應(yīng)，：在有靜差的情況下有利于 消除靜差。但過大的比例系數(shù)會使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn) 定性變差。增大積分時間常數(shù) TI，相當(dāng)于減小積分系數(shù)， 積分作用減弱，有 利于減小超調(diào)，減小振蕩，但系統(tǒng)靜差的消除將隨之變慢。增大微分時間常數(shù) TD有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)，但系統(tǒng)對擾動的抑 制能力減弱，對擾動有較敏感的響應(yīng)。在湊試時，可參考 3個參數(shù)對控制過程的影響趨勢，對參數(shù)實行 先比例，后積分，再微分的整定步驟。(1) 首先整定比例局部。即將比例系數(shù)KP由小變大，并觀察

12、相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直到反響快，超調(diào)小的響應(yīng)曲線。如果系統(tǒng)沒有消除靜差或 靜差已小到允許圍，并且響應(yīng)曲線己屬滿意，那么只須用比例調(diào)節(jié)器即可， 最優(yōu)比例系數(shù)可由此確定。(2) 如果在比例調(diào)節(jié)的根底上系統(tǒng)的靜差不能滿足設(shè)計要求，那么須參加積分環(huán)節(jié)，整定時首先置積分時間 T,為一較大值，并將經(jīng)第一步 整定得到的比例系數(shù)P略為減小(如縮小為原值的0.8倍)，然后減小積分 時間，使在保持系統(tǒng)良好動態(tài)性能的情況下，靜差得到消除。在此過程中，可根據(jù)控制效果反復(fù)改變比例系數(shù)大，與積分時間T,以期得到滿意的控制過程和整定參數(shù)。-(3) 假設(shè)使用比例積分調(diào)節(jié)器(PI控制錐)消除了靜差，但動態(tài)過程經(jīng)反復(fù)調(diào)整仍不能滿意，

13、那么可參加微分環(huán)節(jié)，構(gòu)成完整的PID控制器。 在整定時，可先置微分時間To為零。在第二步整定的根底上，增大TD,同時相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時間，逐步湊試，以獲得滿意的調(diào)節(jié)效果 和控制參數(shù)。第三章.硬件設(shè)計隨著微處理器、計算機和數(shù)字通信技術(shù)的飛速開展，計算機控制已經(jīng) 廣泛地應(yīng)用在所有的工業(yè)領(lǐng)域?，F(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求作出迅速 反響，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、高質(zhì)量的產(chǎn)品。為了滿足這一要 求，生產(chǎn)設(shè)備和自動化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活 性?？删幊绦蚩刂破鱌rogrammable Logic Con troller正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為根底的通用控制裝置

14、。本章主要介紹西門 子S7-300系列PLC以及其它硬件的組成與選型。3.1 PLC的根本概念可編程序控制器簡稱為PLC它的應(yīng)用面廣、功能強大、使用方便，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動化的主要支柱之一。PLC已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種機械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)中，PLC在其它領(lǐng)域，例如在民用和家庭自動化設(shè)備中的應(yīng)用也得到了迅速的開展。模塊式PLC的根本構(gòu)造這里我們主要介紹的是西門子S7-300 , S7-300屬于模塊式PLG西門子的PLC以其極高的性價比，在國占有很大的市場份額，在我國的各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。S7-300模塊式PLC,主要由機架、CPU模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器

15、、電源模塊和編程設(shè)備組成，各 種模塊安裝的機架上。通過CPU模塊或通信模塊上的通信接口，PLC被連接到通信網(wǎng)絡(luò)上，可以與計算機、其它PLC或其它設(shè)備通信。圖3.1是PLC 控制系統(tǒng)的示意圖。CPU模塊：CPU模塊主要由微處理器和存儲器組成，S7-300將CPU模塊簡稱為CPU在PLC控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當(dāng)于人的大腦和心臟，它 不斷的采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出，模塊中的存儲器 用來存儲程序和數(shù)據(jù)。電慮懊決接口彈 * IT艮可課其帕備trttePLc悴規(guī)機|PLC控制系統(tǒng)示意圖信號模塊：輸入In put模塊和輸出Output丨模塊一般簡稱為I/O 模塊，開關(guān)量輸入/輸出模塊簡稱

16、為 DI模塊和DO莫塊，模擬量輸入/輸出 模塊簡稱為AI模塊和AO模塊，在S7-300中統(tǒng)稱為信號模塊。信號模塊 是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場設(shè)備和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號，開關(guān)量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開 關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)等來的開關(guān)量輸入信號；模擬量 輸入模塊用來接收電位器、測速發(fā)電機和各種變送器提供的連續(xù)變化的模 擬量電流電壓信號。開關(guān)量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、 指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等輸出設(shè)備，模擬量輸出模塊用來控制 電動調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行器。在信號模塊中，用光耦合器、光敏晶閘管、 小型繼電器等器件來隔離

17、 PLC的部電路和外部的輸入、輸出電路。功能模塊：為了增強 PLC的功能，擴大應(yīng)用領(lǐng)域，減輕CPU的負(fù)擔(dān)，PLC廠家開發(fā)了各種各樣的功能模塊。主要用于完成某些對實時性和存儲 容量要求很高的控制任務(wù)。接口模塊：CPU模塊所在的機架稱為中央機架，如果一個機架不能容 納全部模塊，可以增設(shè)一個或多個擴展機架。接口模塊用來實現(xiàn)中央機架和擴展機架之間的通信，有的接口模塊還可以為擴展機架供電。通信處理器：通信處理器用于 PLC之間、PLC與遠(yuǎn)程I/O之間、PLC 與計算機和其他智能設(shè)備之間的通信， 可以將PLC接入MPk PROFIBUS-DP AS-i和工業(yè)以太網(wǎng)，或者用于點對點通信。電源模塊：PLC一般

18、使用AC 220V電源或DC 24V電源，電源模塊用于 將輸入電壓轉(zhuǎn)換為 DC 24V和背板總線上的 DC 5V電壓，供其他模塊使用。編程設(shè)備：S7-300使用安裝了編程軟件 STEP7的個人計算機作為編程 設(shè)備，在計算機屏幕上直接生成和編輯各種文本程序或圖形程序，可以實 現(xiàn)不同編程語言之間的相互轉(zhuǎn)換。程序被編譯后下載到 PLC也可以將PLC中的程序上傳到計算機。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程 編程。編程軟件還具有對網(wǎng)絡(luò)和硬件組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、監(jiān)控和故障診斷等 功能。3.1.2 PLC的特點編程方法簡單易學(xué)：梯形圖是使用的最多的PLC編程語言，其電路符號和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相

19、似，梯形圖語言形象直觀， 易學(xué)易用，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只需花幾天時間就可以熟悉梯形圖語 言，并用來編制用戶程序。功能強，性能價格比高：一臺小型的PLC有成百上千個可供用戶使用的編程元件，可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與一樣功能的繼電器系統(tǒng)相 比，具有很高的性能價格比。PLC可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)分散控制，集中管理。硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強：PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便 地進展系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。硬件配置確定后，通過修改用戶程 序，就可以方便

20、快速地適應(yīng)工藝條件的變化?？煽啃愿撸垢蓴_能力強：PLC用軟件取代了繼電器控制系統(tǒng)量的中間繼電器和時間繼電器，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的十分之一以下， 大大減少了因觸點接觸不良造成的故障。S7-300有極強的故障診斷能力。PLC使用了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，可以 直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，PLC已被公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少：PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計、 安裝、接線工作量大大減少。PLC的梯形圖程序可以用順序控制設(shè)計法來設(shè)計。這種設(shè)計方法很有規(guī)律，容易掌握。

21、可以在實驗室模擬調(diào)試PLC的用戶程序，用小開關(guān)來模擬輸入信號，通過個輸出點對應(yīng)的發(fā)光二極管的狀態(tài)來觀察輸出信號的狀態(tài)，調(diào)試的時間比繼電器系統(tǒng)少的多。維修工作量小，維修方便：PLC的故障率很低，并且有完善的故障診斷功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生故障時，根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程軟件提供的信息，可以很方便地查明故障的原因，用更換 模塊的方法可以迅速地排除故障。體積小，能耗低：對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用PLC后，由于減少了大量的中間繼電器和時間繼電器，開關(guān)柜的體積比繼電器控制系統(tǒng)小的多。3.2 PLC的工作原理3.2.1 PLC的循環(huán)處理過程CPU中的程序分為操作系統(tǒng)和用戶程序。操作系

22、統(tǒng)用來處理PLC的起動、刷新輸入/輸出過程映像區(qū)、調(diào)用用戶程序、處理中斷和錯誤、管理 存儲區(qū)和通信等任務(wù)。用戶程序由用戶生成，用來實現(xiàn)用戶要求的自動化 任務(wù)。STEP7將用戶程序和程序所需的數(shù)據(jù)放置在塊中，功能塊FB和功能FC相當(dāng)于用戶編寫的子程序， 系統(tǒng)功能SFC和系統(tǒng)功能塊SFB是操作系統(tǒng) 提供應(yīng)用戶使用的標(biāo)準(zhǔn)子程序，這些塊統(tǒng)稱為邏輯塊。PLC采用循環(huán)執(zhí)行用戶程序的方式，這種運行方式也稱為掃描工作方 式。0B1是用于循環(huán)處理的組織塊，相當(dāng)于用戶程序中的主程序，它可以 調(diào)用別的邏輯塊，或被中斷程序組織塊中斷。PLC得電或由STOP模式切換到RUN模式時，CPU執(zhí)行啟動操作，去除沒有保持功能的

23、位存儲器、 定時器和計數(shù)器，去除中斷堆棧和塊堆棧的容，復(fù)位保存的硬件中斷等。 此外還要執(zhí)行一次用戶編寫的“系統(tǒng)啟動組織塊"0B100,完成用戶指定的初始化操作。以后進入周期性的循環(huán)運行。圖3.3是掃描過程。結(jié)合圖簡要介紹下掃描過程：操作系統(tǒng)啟動循環(huán)時間監(jiān)控。CPU#輸出過程映像區(qū)的數(shù)據(jù)寫到輸出模塊。CPU賣輸入模塊的輸入狀態(tài)，并存入輸入過程映像區(qū)。CPU處理用戶程序，執(zhí)行用戶程序中的指令。在循環(huán)完畢時，操作系統(tǒng)執(zhí)行所有掛起的任務(wù)，例如下載和刪除 塊，接收和發(fā)送全局?jǐn)?shù)據(jù)等。CPU返回第一階段，重新啟動循環(huán)時間監(jiān)控。在啟動完成后，不斷地循環(huán)調(diào)用0B1,在0B1中可以調(diào)用其他邏輯塊FB、S

24、FB FC SFC。循環(huán)程序處理過程可以被某些事件中斷。如果有 中斷事件出現(xiàn)，當(dāng)前正在執(zhí)行的塊被暫停執(zhí)行，并調(diào)用分配給該事件的組 織塊。該組織塊被執(zhí)行完后，被暫停執(zhí)行的塊將從被中斷的地方開場繼續(xù) 執(zhí)行。掃描過程在PLC的存儲器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入過程映像區(qū)和輸出過程映像區(qū)。PLC梯形圖中的其他編程元件也有對應(yīng)的映像存儲區(qū)。在循環(huán)程序處理過程中，CPU并不直接訪問I/O模塊中的輸入地址區(qū)和輸出地址區(qū)，而是訪問CPU部的過程映像區(qū)。在寫輸出模塊階段，CPU將輸出過程映像區(qū)的狀態(tài)傳送到輸出模塊。梯形圖中某一輸出位的線圈“通電時，對應(yīng)的輸出過程映像位為

25、1狀態(tài)。 信號經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電 器的線圈通電，其常開觸點閉合，使外部負(fù)載通電工作。假設(shè)梯形圖中的 線圈“斷電"，對應(yīng)的輸出過程映像位為 0狀態(tài)，在寫輸出模塊階段之后， 繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點斷開，夕卜 部負(fù)載斷電，停頓工作。在讀輸入模塊階段，PLC把所有外部輸入電路的接通 /斷開狀態(tài)讀入輸 入過程映像區(qū)。外部輸入電路接通時，對應(yīng)的輸入過程映像位為1狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的輸入位的常開觸點接通，常閉觸點斷開。外部輸入觸點電 路斷開時，對應(yīng)的輸入過程映像位為0狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的輸入位的常開觸點斷開，常閉觸點通。在

26、程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了改變，輸入過程映像位的狀態(tài)也不會隨之而變，輸入信號變化了的狀態(tài)只能在下一個循環(huán)掃 描周期的讀輸入模塊階段被讀入。用戶程序的執(zhí)行過程PLC的用戶程序由假設(shè)干條指令組成，指令在存儲器中順序排列。在 沒有跳轉(zhuǎn)指令和塊調(diào)用指令時，CPU從第一條指令開場，逐條順序地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序完畢之處。在執(zhí)行指令時，從輸入過程映像區(qū)或別的存儲區(qū)中將有關(guān)編程元件的0、1狀態(tài)讀出來，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運算，運算的結(jié)果寫入到對應(yīng)的存儲區(qū)中，因此，各編程元 件的存儲區(qū)輸入過程映像區(qū)除外的容隨著程序的執(zhí)行而變化。循環(huán)時間是指操作系統(tǒng)執(zhí)行一次如圖3.3所示的循環(huán)操

27、作所需的時間，包括執(zhí)行OB1中的程序段和中斷該循環(huán)的系統(tǒng)操作的時間，也稱掃描 循環(huán)時間或掃描周期。循環(huán)時間與用戶程序的長短、指令的種類和CPU執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。第四章工藝生產(chǎn)過程簡介原油穩(wěn)定的目的是為了降低原油蒸發(fā)的損耗，即采用一定的工藝方法將原油中的 組分脫離出來，以減少運輸和儲運過程中的損失。具體來說，原油中還含有分子量更小的烷烴，如含有一至四個碳原子的正構(gòu) 烷烴，在常溫下，它們是氣體，其揮發(fā)性比汽油更強，極易從原油中揮發(fā) 出來。而且揮發(fā)時還會帶走大量的戊烷、己烷等組分，造成原油大量損失。另外，在原油輸送過程中，要反復(fù)加熱、加壓，這都為原油中輕烴的 揮發(fā)提供了良好條件。為了減少原

28、油在運輸、儲存過程的揮發(fā)損耗，常常 在原油脫水之后，再采取一定的方法，脫出原油中一至四個碳原子的正構(gòu) 烷烴等輕組分。這種脫出原油中輕組分的過程就叫原油穩(wěn)定。它不僅與原 有穩(wěn)定裝置的工藝設(shè)計有關(guān)，而且還與控制系統(tǒng)的工藝設(shè)計有關(guān)。4.1加熱爐-穩(wěn)定塔的根本控制加熱爐的出口溫度控制加熱爐進料一般分為幾個支路。常規(guī)的控制方法是：在各支路上安裝 各自的流量變送器和控制閥，而用爐出口總管溫度來調(diào)節(jié)爐用燃料量。這 樣的調(diào)節(jié)方法根本沒有考慮支管溫度均衡的控制，支管溫度均衡的控制由 操作工憑經(jīng)歷根據(jù)分支溫差來調(diào)節(jié)分支流量差。這種人為操作顯然無法實 現(xiàn)穩(wěn)定的均衡控制，往往是各支管流量較均衡，而分支溫度有相當(dāng)大的差

29、 異，某一爐管因局部過熱而結(jié)焦的可能性很大。為了改善和克制這種情況，需要采用支路均衡控制方法。近年來出現(xiàn)的差動式平衡控制、解藕控制以 及多變量預(yù)測控制等方法能夠收取一定的效果。其中差動式方法不僅效果 不錯，而且實現(xiàn)簡單，操作簡便，對于長期運行有一定的優(yōu)勢。另外，針 對系統(tǒng)的非線性、強耦合特性，模糊控制等智能控制方法也能實現(xiàn)較好的 控制。加熱爐出口總管溫度是加熱爐環(huán)節(jié)最為重要的參數(shù)，出口溫度的穩(wěn)定 對于后續(xù)工藝的生產(chǎn)穩(wěn)定、操作平穩(wěn)甚至提高收率至關(guān)重要。最簡單的控 制方法就是采用單回路的反響控制。單回路反響控制簡單實用，有它的使 用價值。但該方法沒有考慮燃料量變化的影響，所以出口溫度不容易穩(wěn)定，

30、在一定程度上也會造成燃料的浪費。在簡單反響控制方案的根底上，參加 燃料量控制回路，就可以構(gòu)成加熱爐的串級控制系統(tǒng)。這種控制方案也比 擬簡單，效果比簡單控制的效果要好一些，但因為沒有考慮原油進料量的 波動，所以出口溫度仍不容易穩(wěn)定，另外沒有考慮空氣量與燃料量之間的 配比控制，燃燒也不能到達(dá)較為理想的狀態(tài)，這也是出口總管溫度不容易 穩(wěn)定的一個原因。串級控制系統(tǒng)也可以引入爐膛溫度的控制回路來構(gòu)成：出口溫度控制 器的輸出作為爐膛溫度的設(shè)定值，爐膛溫度控制器的輸出作為燃料量的給 定值，燃料量控制器再去控制調(diào)節(jié)閥。這種串級控制利用爐膛溫度的重要 信息，有利于克制某些裝置燃料壓力的波動，但反過來對爐膛溫度測

31、量的 準(zhǔn)確性要求較高。在串級控制的根底上，再引入原油進料前饋，可以構(gòu)成靜態(tài)前饋控制 或動態(tài)前饋控制。采用原油進料前饋控制后，在原油進料流量有變化時， 控制系統(tǒng)能很快使燃料流量發(fā)生相應(yīng)的變化，從而得到補償，使進料流量 波動對出口溫度的影響較小。國大多數(shù)的煉油廠目前均采用以上幾種方法進展出口總管溫度控制，其中簡單的串級控制應(yīng)用較多，控制多采用經(jīng)典的PID控制器。實際上，由于系統(tǒng)的大時延、非線性以及時變特性，PID控制很難取得理想的控制效果，采用先進控制如目前在工業(yè)過程中應(yīng)用最廣泛的預(yù)測控制成為改善 控制品質(zhì)的必要手段。422加熱爐燃燒控制加熱爐燃燒控制的任務(wù)是提高加熱爐的熱效率，以到達(dá)節(jié)能增效的目

32、的。由于加熱爐是蒸餾裝置中耗能最大的環(huán)節(jié)，能耗占整個裝置的70鳩上，因此加熱爐熱效率的提高對于整個蒸餾裝置的節(jié)能具有決定性的意 義。常規(guī)的控制系統(tǒng)中，加熱爐出口溫度、爐膛負(fù)壓、煙氣氧含量等變量 是獨立的、互不關(guān)聯(lián)的，而實際上各變量之間相互影響。一般可以采用前 饋加反響的控制方法。如：反響調(diào)節(jié)對象選擇加熱爐的熱效率或煙氣氧含 量，執(zhí)行手段采用調(diào)節(jié)控制量；在燃燒控制的根底上可進一步實施燃燒優(yōu) 化，即采用高級優(yōu)化策略通過煙氣氧含量或熱效率反響尋求最正確的過剩 空氣系數(shù)。一般情況下，采用燃燒優(yōu)化控制后能顯著的提高加熱爐的熱效 率?？刂迫蝿?wù)概述：1保持加熱爐的出口溫度在規(guī)定的圍2.控制爐膛壓力在規(guī)定的圍

33、3.控制煙氣含氧量在設(shè)定值附近波動其中：保持出口溫度是為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量合格；后兩個控制任務(wù)是 為了保證加熱爐的平安、平穩(wěn)、高效運行，當(dāng)加熱爐運行平穩(wěn)后，也有利 于產(chǎn)品質(zhì)量的保證。加熱爐爐膛壓力是實現(xiàn)加熱爐自動控制的一個重要的參數(shù)。爐膛壓力過高時，爐膛向外噴火，不僅使大量有效熱量散失， 增加爐子的燃料消耗， 而且也易燒壞爐子的鋼構(gòu)造，降低爐子的使用壽命，同時還會導(dǎo)致勞動環(huán) 境的惡化，危及操作人員的平安；爐壓過低時，會吸入大量的冷風(fēng)，漏風(fēng) 熱損失和排煙熱損失加大，引風(fēng)機電耗增加。因此，必須將爐壓控制在規(guī) 定的圍，在加熱爐最正確燃燒控制系統(tǒng)的根底上，爐膛壓力控制是可以通 過控制引風(fēng)機變頻器開度來實

34、現(xiàn)，爐壓的檢測采用微差壓變送器。煙氣含 氧量的大小能反映出加熱爐的燃燒情況，含氧量缺乏時，燃料燃燒不充分,造成大量的化學(xué)能損失，并且煙氣中含有大量的CO對環(huán)境造成了危害；含氧量過大時，過?？諝膺^多，煙氣要帶走大量的熱量， 造成排煙熱損失, 并且空氣中的N2在高溫下與02發(fā)生化學(xué)反映生成 NOX也對環(huán)境造成污 染。因此控制煙氣含氧量不僅可以提高加熱爐的熱效率，更有環(huán)保作用。爐膛壓力控制方案：爐膛壓力主要與進風(fēng)量和引風(fēng)量直接相關(guān)，同時 也受到加熱爐燃燒狀況以及燃料油、燃料氣比例的影響，不同的燃料下， 燃燒后的產(chǎn)物會不同，對爐膛壓力的影響也就不一樣，但這些影響因素處 于次要地位可以不加考慮，采用單變

35、量控制加上送風(fēng)量前饋調(diào)引風(fēng)來進展 控制，控制圖如圖1-1。為了防止引風(fēng)機變頻器動作過大，需要對控制量進展如下限制：弓I風(fēng)機負(fù)荷不可擴大，限制引風(fēng)機變頻器的開度(2)由于變頻器有保護電路，如果一次動作過大，會導(dǎo)致斷電保護， 因此限制變頻器開度的每次變化量。爐膛壓力控制系統(tǒng)框圖煙氣含氧量控制方案：煙氣含氧量是標(biāo)志燃燒狀況的重要參數(shù)。爐膛 溫度、燃料量主要是燃料油量和燃料氣量，甚至燃燒油與燃料氣的比例對煙氣含氧量有直接的影響，該控制方案根據(jù)燃料量的變化對進風(fēng)量做 補償，能夠快速響應(yīng)系統(tǒng)因負(fù)荷突然變化而引起的燃料變化，不會出現(xiàn)燃 料因負(fù)荷突變而變化燃燒狀況卻因進風(fēng)量反響過慢而惡化的現(xiàn)象。與引風(fēng) 機變頻

36、器類似，對于鼓風(fēng)機的變頻器的動作也有如下限制：(1) 鼓風(fēng)機的負(fù)荷不可過大，限制鼓風(fēng)機變頻器的開度。(2) 限制變頻器開度的每次變化量。4.3加熱爐的單回路控制方案擾動分析加熱爐的最主要控制指標(biāo)往往是工藝介質(zhì)的出口溫度。對于不少加熱爐來說，溫度控制指標(biāo)要求相當(dāng)嚴(yán)格，例如允許波動圍為±12C。影響路出口溫度的擾動因素有：工藝介質(zhì)進料的流量、溫度、組分，燃料 方面有燃料油的壓力、成分、燃料油的霧化情況，空氣過量情況，噴嘴的 阻力，煙囪抽力等。在這些擾動因素中有的是可控的，有的是不可控的。 問了保證爐出口穩(wěn)定，對擾動應(yīng)采取必要的措施。單回路控制系統(tǒng)的分析圖1-2為某一燃油加熱爐控制系統(tǒng)示意

37、圖，其主要的控制系統(tǒng)是以爐 出口溫度為控制變量、燃料油流量為操縱變量組成的單回路控制系統(tǒng)。其 他輔助控制系統(tǒng)有：(1) 進入加熱爐工藝介質(zhì)的流量控制系統(tǒng)，如圖FC控制系統(tǒng)。(2) 燃料油總壓控制，總壓控制一般調(diào)回油量，如入P1C控制系統(tǒng)。(3) 采用燃料油時，還需參加霧化蒸汽，為此設(shè)有霧化蒸汽壓力控制 系統(tǒng)，如圖P2C控制系統(tǒng)，以保證燃料油的良好霧化。加熱爐控制系統(tǒng)示意圖采用霧化蒸汽壓力控制系統(tǒng)后，在燃料壓力變化不大的情況下是可以 滿足霧化要求的，目前煉廠多數(shù)采用這種方案。假設(shè)燃料油壓力變化較大 時，單采用霧化蒸汽壓力控制就不能保證燃料油得到良好的霧化，可以根 據(jù)燃料油閥后壓力與霧化蒸汽壓力之

38、差來調(diào)節(jié)霧化蒸汽，還可以采用燃料 油閥后壓力與霧化蒸汽壓力比值控制。但只能保持近似的流量比，還應(yīng)注 意經(jīng)常保持噴嘴、管道、節(jié)流件等通道的暢通，以免噴嘴堵塞及管道局部 阻力發(fā)生變化，弓I起控制系統(tǒng)的誤動作。此外，也可以采用二者流量的比 值控制，那么能克制上述缺點，但所用儀表多且重油流量測量困難。采用單回路控制系統(tǒng)往往很難滿足工藝滿足，因為加熱爐需要將工藝 介質(zhì)從幾十度升溫到數(shù)百度，其熱負(fù)荷很大。當(dāng)燃料油的壓力或熱值有波 動時，就會引起爐出口溫度的顯著變化。采用單回路控制時，當(dāng)加熱量改 變后，由于傳遞滯后和測量滯后較大，控制作用不及時，而使?fàn)t口溫度波 動較大，滿足不了工藝生產(chǎn)要求。因此單回路控制系

39、統(tǒng)僅適用于對爐出口 溫度要求不十分嚴(yán)格；其外來擾動緩慢而較小，且不頻繁；爐膛容量較小，即滯后不大。4. 3循環(huán)流量控制鍋爐管網(wǎng)系統(tǒng)的另一個任務(wù)是通過循環(huán)泵將出水缸的熱水輸送到用戶供熱管道，并回到回水缸。循環(huán)流量控制同樣采用偏差控制和PID控制相結(jié)合的控制方式。偏差控制設(shè)定出水壓力圍，當(dāng)出水壓力實際值不在設(shè)定圍時，增加或減少 循環(huán)泵運行臺數(shù)，直到出水壓力到達(dá)要求為止。PID控制在偏差控制的根底上對出水壓力進展微調(diào)，其原理如圖3-4所示21。循環(huán)流量PID控制原理如圖3-4所示。循環(huán)泵系統(tǒng)根據(jù)出水壓力的設(shè)定值與采集到的出水 壓力的實時數(shù)據(jù)，通過 PID算法將出水壓力值控制在設(shè)定值附近。其控制 采用

40、前述改良PID控制算法與參數(shù)整定方法。4. 4燃燒過程控制供暖鍋爐燃燒系統(tǒng)是個多變量輸入、多變量輸出、大慣性、大滯 后且相互影響的一個復(fù)雜系統(tǒng)。當(dāng)鍋爐的負(fù)荷變化時，所有的被調(diào)量都會 發(fā)生變化，而當(dāng)改變?nèi)我徽{(diào)節(jié)量時，也會影響到其他被調(diào)量。鍋爐燃燒過程自動控制的根本任務(wù)是使燃料燃燒所提供的熱量 適應(yīng)負(fù)荷的需要，同時還要保證鍋爐平安經(jīng)濟運行。，燃燒控制系統(tǒng)的任務(wù)主要有三點：(1) 穩(wěn)定鍋爐的出水溫度，始終保持在設(shè)定值附近。出水溫度的 設(shè)定值與室外溫度以及消耗熱量 (負(fù)荷)的變化相關(guān)，每天不同時段，根據(jù) 用戶的消耗量和室外溫度計算出鍋爐出水溫度的設(shè)定值，以出水溫度為信 號，改變?nèi)济毫亢惋L(fēng)煤比，到達(dá)出水

41、溫度與設(shè)定值一致。同時測量系統(tǒng)的 回水溫度和爐膛溫度，假設(shè)回水溫度過低那么適當(dāng)加大給煤量，反之那么 適當(dāng)減少給煤量；假設(shè)爐膛溫度過高那么適當(dāng)減少給煤量，反之那么適當(dāng)加大給煤量。我們初步預(yù)定度膛溫度在在800攝氏度。(2) 保證鍋爐燃燒過程的經(jīng)濟性。對于給定出水溫度的情況下， 需要調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量與給煤量的比例，使鍋爐運行在最正確燃燒狀態(tài)。開場運 行時，可根據(jù)經(jīng)歷設(shè)定風(fēng)煤比，使耗煤量與鼓風(fēng)量成比例關(guān)系，同時根據(jù) 出水溫度的變化對鼓風(fēng)量進展前饋控制，然后通過測量煙氣含氧量，運用 偏差控制調(diào)節(jié)風(fēng)煤比，使燃煤充分燃燒，是出水的預(yù)定溫度為80攝氏度。(3) 調(diào)節(jié)鼓風(fēng)量與引風(fēng)量，保持爐膛壓力在一定的負(fù)壓圍。爐膛

42、負(fù)壓 的變化，反映了引風(fēng)量與鼓風(fēng)量的不相適應(yīng)。如果爐膛負(fù)壓太小，爐膛容 易想外噴火，危及設(shè)備與工作人員的平安。負(fù)壓過大，爐膛的漏風(fēng)量增大，增加引風(fēng)機的電耗和煙氣帶走的熱量損失。本系統(tǒng)中根據(jù)鼓風(fēng)量的變化， 對引風(fēng)量進展前饋控制。根據(jù)經(jīng)歷設(shè)定爐膛負(fù)壓，并測量爐膛負(fù)壓，運行 PID算法控制爐膛負(fù)壓保持在一定的圍，從而調(diào)節(jié)引風(fēng)量，確定引風(fēng)機的 轉(zhuǎn)速。確保爐膛存在負(fù)壓。4. 4. 1 補水泵控制系統(tǒng)補水泵系統(tǒng)共有四臺補水泵電動機，系統(tǒng)采用兩臺變頻器拖動， 一臺變頻器負(fù)責(zé)拖動兩臺補水泵，即“一拖二模式。系統(tǒng)的電氣控制圖 如圖4-2所示。其中1-2#補水泵用1#變頻器拖動，3-4#補水泵用2#變頻 器拖動，

43、構(gòu)成兩個獨立拖動系統(tǒng)。系統(tǒng)在運行過程中，只有1臺變頻器運行，假設(shè)用2臺以下泵可滿足負(fù)荷，那么啟動1#(2#)變頻器拖動1-2#泵（3-4#泵）即可；假設(shè)需2臺以上泵才能滿足負(fù)荷，那么先啟動1#（2#）變頻器拖動1-2#泵（3-4#泵），然后切換到工頻運行并停頓該變頻器，啟動另1臺變頻器拖動另外2臺泵。鍋爐管網(wǎng)系統(tǒng)過改變循環(huán)泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)熱 水流量，并通過改變補水泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的回水壓力，使回水缸的水位 保持在一定圍。補水調(diào)節(jié)采用偏差控制和PID控制相結(jié)合的控制方式。偏差控制設(shè)定回水壓力圍，當(dāng)回水壓力實際值不在設(shè)定圍時，增加或減少補水泵運 行臺數(shù)，直到回水壓力到達(dá)要求為止。PID控制在偏差控制的

44、根底上對回水壓力進展微調(diào)，其原理如圖3-3所示f21。補水泵系統(tǒng)根據(jù)回水壓力的 設(shè)定值與掌韭I采集到的回水壓力的實時數(shù)據(jù)，通過PID附近，從而確定補水泵的轉(zhuǎn)速，以改變回水法將回水壓力值控制在設(shè)定值力。其控制采用前述改良PID控制算法與參數(shù)整定方法。確?？偣軌毫愣?。膜空去咎壓上週勺FID f 哥和踞 f 管網(wǎng)系統(tǒng) 丁竺圧力T1圖芥3補水凋節(jié)PID控制協(xié)理閨圖42補水泵系統(tǒng)電氣控制圖4. 4. 2 循環(huán)泵控制系統(tǒng)循環(huán)泵系統(tǒng)有6臺循環(huán)泵，本系統(tǒng)配置兩臺變頻器，采用“一拖 六"的拖動模式，即用一臺變頻器拖動6臺循環(huán)泵，另外一臺作為備用。每臺循環(huán)泵均通過變頻器啟動，并根據(jù)負(fù)荷的變化切換到工頻

45、運行，變頻 器啟動下一臺循環(huán)泵，依次類推，最后其中一臺循環(huán)泵變頻運行，其他工作循環(huán)泵工頻運行，剩下循環(huán)泵處于停頓狀態(tài)作為備用。系統(tǒng)的電氣控制 圖如下圖。加熱爐燃燒控制系統(tǒng)是加熱爐PLC控制系統(tǒng)的執(zhí)行層，其主要包括溫度控制、空氣流量控制、煤氣流量控制、爐壓控制，熱風(fēng)放散控制等幾局部組成。系統(tǒng)要求其穩(wěn)定準(zhǔn)確快速的隨動溫度設(shè)定數(shù)模的設(shè)定值，以到達(dá) 系統(tǒng)穩(wěn)定運行，高效燃燒，節(jié)約能源，減少污染，實現(xiàn)爐溫最正確控制， 提高鋼材質(zhì)量的目的。根據(jù)這一要求我們對以往的雙穿插雙向限幅控制進展了改良，采用自身反響雙向限幅，它使系統(tǒng)的響應(yīng)速度更快。其中涉及溫流串級控制，調(diào)節(jié)器增益補償，擾動補償，解耦補償，空燃比動態(tài)尋

46、優(yōu) 生產(chǎn)過程的平安報警與事故處理等幾個局部。第五章可編程序控制器的選擇一機型的選擇機型選擇的根本原那么應(yīng)是在功能滿足要求的前提下，保證可靠，維 護使用方便以及最正確的功能價格比。具體應(yīng)考慮以下幾方面：1構(gòu)造合理；2、功能相當(dāng)；3、機型統(tǒng)一；4、是否在線編程。二.組態(tài)技術(shù)1組態(tài)技術(shù)組態(tài)控制技術(shù)是一種計算機控制技術(shù)，利用組態(tài)控制技術(shù)構(gòu)成的計算 機測控系統(tǒng)與一般計算機測控系統(tǒng)在構(gòu)造上沒有本質(zhì)上的區(qū)別，它們都由 被控對象、傳感器、I/O接口、計算機和執(zhí)行機構(gòu)幾局部組成。傳感器的作用是對被控對象的各種參數(shù)進展檢測。通過傳感器，計算機能感知生產(chǎn)進展的情況；將參數(shù)在顯示器上顯示。并根據(jù)參數(shù)實際值與 設(shè)定植的

47、偏差，按照一定的控制算法發(fā)出控制命令，控制執(zhí)行機構(gòu)的動作，從而完成控制任務(wù)。2、集散式控制系統(tǒng)（DCS）和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）一臺DDC直接數(shù)字控制）計算機常用來控制幾個到十幾個回路。如果 將更多的參數(shù)集中到一臺計算機進展監(jiān)控，一旦計算機出現(xiàn)故障，系統(tǒng)的 可靠性會大大降低。集散式控制系統(tǒng)也稱為分布式控制系統(tǒng)，總體思想是 分散控制，集中管理。集散式控制系統(tǒng)的分級管理規(guī)?？纱罂尚。梢灾?有兩級直接控制級和監(jiān)視控制級或稱下位機和上位機，也可以有多級。典型的三級構(gòu)造為過程控制級、控制管理級、和生產(chǎn)管理級。輸入/輸出模塊的選擇PLC是一種工作控制系統(tǒng)，它的控制對象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn) 過程，

48、它的工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。它與工業(yè)生產(chǎn)之間的聯(lián)系是通過I/O接口模塊來實現(xiàn)的。通過I/O接口模塊可以檢測被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)， 并以這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為控制器對被控對象進展控制的信息。同時，由于控 制器通過I/O接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給被控設(shè)備或生產(chǎn)過程中的 信號電平各種各樣，因此各種機構(gòu)所需的信息電平也是不同的。而PLC的CPU所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所有I/O接口模塊還需實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。PLC從現(xiàn)場收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號都需要經(jīng)過一定的距 離，為了確保這些信息的正確無誤，PLC的I/O接口模塊都具有較好的抗干擾能力。根據(jù)實際需要，PLC相應(yīng)有許多種I/O接口模塊，包括

49、開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊，可以根 據(jù)它們的特點進展選擇使用。1確定I/O點數(shù)根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，確定所需要的I/O點數(shù)，再增加10% -20 %的備用量，以便隨時增加控制功能。對于同一個控制對象，由于采用不同的 控制方法或編程水平的不一樣，I/O點數(shù)就有所不同。2、開關(guān)量輸入/輸出標(biāo)準(zhǔn)的開關(guān)量輸入/輸出接口可用于從傳感器和開關(guān)及控制設(shè)備接收 信號。典型的交流輸入/輸出信號為20240V,直流輸入/輸出信號為5 240V。3、模擬量輸入/輸出模擬量I/O接口是用來感知傳感器產(chǎn)生的信號的。這些接口用于測量 流量、溫度和壓力的數(shù)值，并用于控制電壓或電流輸出設(shè)備。

50、典型接口量 程為-10 +10V, 0 + 10V, 4 20mA或 1050mA4、特殊功能在選擇一臺PLC時，用戶可能會面臨需要一些特殊類型的且不能用標(biāo)準(zhǔn)I/O實現(xiàn)的I/O限定情況。用戶應(yīng)當(dāng)考慮供銷廠商是否提供一些特殊的 有助于最大限度減小控制作用的模塊。靈便模塊和特殊接口模塊，都應(yīng)考 慮使用。有的模塊自身能夠處理一局部現(xiàn)場數(shù)據(jù)，從而使CPU從處理耗時任務(wù)中解脫出來。5、智能式輸入/輸出當(dāng)前，PLC的生產(chǎn)廠家相繼推出了一些智能式的輸入/輸出模塊。所謂智能式輸入/輸出模塊，就是模塊本身帶有處理器，對輸入或輸出信號作 預(yù)先規(guī)定的處理，將其處理結(jié)果送入CPU或直接輸出，這樣可提高 PLC的處理速

51、度和節(jié)省存儲器的容量。SIMATIC TI505西門子SIMATIC TI565系列PLC原屬美國儀器Texas Instrument 公司工業(yè)控制部，后為西門子公司收購，新型號為 SIMATIC TI565，適用 于較大的批處理控制。還有適用于中規(guī)模的快速靈活的SIMATIC TI545系列 PLC 與 TI565 組成 SIMATIC TI505 系列 PLG下面對TI505系列PLC做一下介紹。SIMATIC TI505 PLC 有兩種類型：1 傳統(tǒng)的面向開關(guān)量控制的PLC,如TI525、TI535和TI565 ；2、面向過程控制的控制器， 如TI545、TI555、TI565，TI52

52、5和TI535 是適合于中小規(guī)模的開關(guān)和模擬量控制，TI560可用于處理大規(guī)模的開關(guān)量控制。本設(shè)計中根據(jù)實際要求選擇TI565系列PLC現(xiàn)在，將TI565性能介紹如下。1西門子TI565系列PLC技術(shù)性能系統(tǒng)存/KB :1K字執(zhí)行時間：控制繼電器/可保持控制繼電器:計時、計數(shù)器： 數(shù)學(xué)運算功能： 數(shù)字量輸入/輸出： 模擬量輸入/輸出： 智能輸入/輸出模塊： 遠(yuǎn)程輸入/輸出距離/m : TISTAR過程控制監(jiān)控系統(tǒng)： 聯(lián)網(wǎng)：通道閉環(huán)回路控制：中央處理單元類型 PPX1024RAM1.3ms53248/409620480- ，+，*，/，81928192能連接或可能連接1000或 4000能連接或

53、可能連接能連接或可能連接/TI能連接或可能連接565TXKM/110Y梯形圖程序存配置/KB :256計時器、計數(shù)器：0480擴展遠(yuǎn)程底盤：128可尋址1/0（數(shù)字/模擬）：81921K執(zhí)行時間：1.3ms回路數(shù)：64計算速度（回路/100ms）:40模擬量報警：128特殊功能程序：10231024總存配置/KB :2、西門子TI505系列PLC輸入/輸出模塊技術(shù)性能模擬量輸入/輸出模塊PPX505-7012輸入點數(shù)輸入圍8，差分、雙極性010V, 0 50mA 0 20mA分辨率 輸出點數(shù) 輸出圍 輸入之間隔離 輸出之間隔離 更新時間 有輸出電源所占槽位 儀器介紹 三、孔板輸入15bit，輸

54、出12bit4010V, 0 20mAAC1500VAC1500V20ms/輸入，24ms對所DC24V，僅對輸出1孔板屬于節(jié)流裝置的一種。節(jié)流裝置與差壓變送器配套構(gòu)成差壓式流 量計被廣泛地應(yīng)用于雙相條件下的液體、氣體、蒸汽的流量測量、控制和 調(diào)節(jié)。由于構(gòu)造簡單、制作方便、使用可靠、性能穩(wěn)定、價格低廉等優(yōu)點 而成為流量儀器中應(yīng)用最廣泛、最成熟的一種。節(jié)流裝置在流量檢測過程中起到主要作用，其工作原理如下：在管道 部裝有斷面變化的孔板或噴嘴等節(jié)流件。當(dāng)流體流經(jīng)節(jié)流件時，由于流束 收縮，在節(jié)流件的前后產(chǎn)生靜壓力差，利用壓差與流速的關(guān)系可進一步測 出流量。對于未經(jīng)標(biāo)定的節(jié)流裝置，只要它與已經(jīng)經(jīng)過充分實

55、驗標(biāo)定的節(jié) 流裝置幾何相似，那么在有關(guān)參數(shù)的條件下，可以認(rèn)為節(jié)流件前后的靜壓 力差與所流過流體的流量間有確定的數(shù)值關(guān)系。因此，可以通過壓差來測 流量。2、流量變送器工業(yè)上習(xí)慣將過程參數(shù)溫度、壓力、流量、物位、分析量等轉(zhuǎn)換 為標(biāo)準(zhǔn)電流信號的儀表稱為變送器。變送器的輸出信號用于指示、記錄和 控制。按被測參數(shù)分類，變送器主要分為差壓變送器、溫度變送器、流量 變送器和成分變送器等。3、平安柵本設(shè)計中的平安柵為防爆平安柵。防爆平安柵分輸入式平安柵和輸出 式平安柵兩種。電動儀表中的變送器、執(zhí)行器、電氣轉(zhuǎn)換器、平安柵屬平 安火花防爆儀表。平安柵安裝在平安場所，作為控制室儀表和現(xiàn)場儀表的 關(guān)聯(lián)設(shè)備。一方面?zhèn)鬏?/p>

56、信號，另一方面把流入危險場所的能量控制在爆炸 性氣體或混合物的點火能量以下，以確保系統(tǒng)的平安火花性能。平安柵起 隔離危險場所和平安場所的作用。4、伺服放大器伺服放大器由前置磁放大器、觸發(fā)器、可控硅交流開關(guān)組成。磁放大 器將輸入信號綜合、比擬、放大。輸出的模擬值經(jīng)過觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的 脈沖信號去觸發(fā)可控硅。5、手操器手操器是電動執(zhí)行器的一局部。電動執(zhí)行器將輸入的電流 420mA.DC信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的輸出軸角位移或直線位移。通常配有電動操作器以實現(xiàn) 電動操作和手動操作的相互轉(zhuǎn)換。當(dāng)電動操縱器的切換開關(guān)切向手動時， 可由操作器的正、反向操作按鈕直接控制伺服電源，以實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)的遙 控操作。另外，在現(xiàn)場可以轉(zhuǎn)動執(zhí)行器的手柄，在需要的時候進展就地手 動操作。6、A/D轉(zhuǎn)換器PLC完成流量、溫PLC對外部實現(xiàn)控D/A轉(zhuǎn)換器和并A/D轉(zhuǎn)換器是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件。它是 度，壓力等參數(shù)采集和檢測的輸入接口。7、D/A轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的器件。它是 制的重要接口電路之一。按照轉(zhuǎn)換的方式，可以分為串行行D/A轉(zhuǎn)換器兩種。本設(shè)計中采用并行D/A轉(zhuǎn)換器?？刂葡到y(tǒng)構(gòu)成第六章系統(tǒng)構(gòu)成本控制系統(tǒng)主要由